水变成冰的过程中，体积约增加9％-混凝土显微镜

水变成冰的过程中，体积约增加9％-混凝土显微镜
在水变成冰的过程中，体积约增加9％，当这种过程发生在微小的毛细管中时，会产生出很大的压力。在湿的混凝土中，包含在物料空隙内的水，结冰时能迫使砂浆颗粒相互分离，或产生严重的内应力。这种作用会被反复的冻融循环所加剧。开始产生的微裂缝在为水充满后，再次冰冻时，就造成进一步的开裂。冰冻作用的最初现象往往只是混凝土表面的脱皮，然后进一步深入内部。但如果混凝土的质量很差，则也会出现很深的裂缝¨¨。干燥的混凝土不受冰冻的影响。    为了保证普通混凝土的抗冻性，必须使混凝土具有低的透水性和低的吸水性以及所有钢筋都覆盖得很好。除此之外，混凝土还不应具有局部的弱点，因为破坏往往从这些局部弱点开始，例如混凝土的多孔部位或分层部位和白霜地带。冰冻作用最严重的情况产生在有几个表面暴露在空气中，并且长时期保持在潮湿状态中。例如，混凝土的路沿石、栏千、水工建筑物和海工建筑物的水面部位。关于混凝土路面板的专门问题，将在后面讨论。    冰冻产生破坏作用，有各种不同的解释。最早的理论是：混凝土中的水结成冰，使固相体积增加，而混凝土中的有效空隙不相适应，因而产生破坏作用。破坏作用与混凝土被水饱和的程度有关，这在后面还要讨论到。在后来的理论中，提出了产生压力不完全直接的机理。冰冻膨胀理论认为，压力的产生是由于平行于混凝土面的冰棱镜的生长而致，水来源于毛细管中的移动。在毛细管中，水的冰点较正常情况时下降。这个作用类似土壤冰冻使毛细管中产生水压所致。只有当水能流入其他空隙，水压才会消除，但是由于冰堵塞了出口，并且随着流程加长，迫使水通过毛细管所需的压力也加大。局部的压力最后超过了混凝土的抗拉强度，因此就使混凝土发生破坏。这两个理论都把混凝土的透水性、吸水率和被水饱和的程度作为抗冻性的重要因素。透水性高的混凝土，将使水容易流过，由于水经过的是较大的毛细管，所以对冰晶的生长有较大的空间，但这种混凝土极易为水所饱和。在实际使用中，抗冻性高的是致密的不透水混凝土和非常多孔的混凝土，如无细集料的混凝土和轻混凝土；抗冻性低的是较透水的“致密”混凝土。显然，这些都能用上述任何一种理论进行解释。    还包括了当毛细管中所有的水结冰时所产生的应力，这时多余的水被产生的水压泵出，于是冰晶的进一步长大是由于水从周围水泥胶体中扩散而来的结果。这就引起“冰棱镜”效应，但它的尺寸是很细小的，不象考林斯所看到的那么大。按照鲍维斯的理论，加气混凝土中空气泡的作用在于这些气泡提供了缓冲空间，因而限止了水压的增大，同时由于凝胶水的扩散，限制了毛细管中冰晶生长的时间，而凝胶水的扩散则决定于存在的水压差。在一个最近修改的理论中¨¨重点放在由于冰晶生成的地点产生了局部的渗透压，而不是由于在所有的空隙中建立了水压的作用。